Laboratorio Regionale per l’Innovazione nel controllo della

qualità dell’Aria

LaRIALaRIA

LaRIALaRIALaRIALaRIA

Sviluppo di sistemi innovativi

Sviluppo di sistemi innovativi

problematiche ambientali

Ricerca Industria

Sensoristica (gas e Sensoristica (gas e

polveri)polveri)

Remote Remote

SensingSensing

Modellistica e Modellistica e CalcoloCalcolo

le tre linee tematichele tre linee tematiche

FormazioneFormazione

CertificazioneCertificazione

MonitoraggioMonitoraggio

i tre task trasversalii tre task trasversali

Attività proposta

•Sviluppo, industrializzazione e commercializazzione di strumentazione innovativa per il monitoraggio outdoor del Benzene e altri aromatici.

•Sviluppo di una stazione per la determinazione simultanea delle frazioni PM10, PM2.5 e PM1 degli aerosol

•Studio e fabbricazione di sensori di gas a base di ossidi semiconduttori nanostrutturati per applicazioni in campo ambientale, agro-alimentare, domestico e industriale.

•Sviluppo di centraline complete integrate (CO, NOx, O3).

•Utilizzo dei dati provenienti dai modelli di trasporto degli inquinanti in atmosfera.

•Sviluppo di sensori chemoresistivi per il controllo della qualità dell’aria in ambiente urbano (CO,NOx,O3)

sensoristica

Vantaggi competitivi

• Costo di installazione ridotto del 50% rispetto alla strumentazione analitica disponibile sul mercato

• Costo di manutenzione ridotto del 80%

• Permette la realizzazione di reti capillari di monitoraggio

• L’utilizzo di tecnologie micro-sistemistiche permetterà la realizzazione di strumentazione miniaturizzata, a basso consumo energetico e caratterizata da prestazioni particolarmente elevate

• La componentistica microlavorata può essere facilmente integrata all’interno di altre tipologie di strumenti

Prototipo di micro gas-cromatografo palmare

Sviluppo di una stazione per la determinazione simultanea delle frazioni PM10, PM2.5 e PM1 degli aerosol

Aerosol in

Data acquisition

PM10

Parametri meteorologici

(RH, T)

PM2.5

PM 1

Filter

Pump

Filter

Pump

Switch Valve

La determinazione avviene rilevando con un sensore ottico la concentrazione degli aerosol a valle di ciascuno stadio separatore.

I modelli matematici di dispersione in atmosfera sono strumenti indispensabili per la gestione dell’ambiente urbano.

L’integrazione tra modelli e rete permette di:

fornire un quadro conoscitivo completoindividuare le cause dei fenomeni di inquinamento

discriminare il contributo delle varie sorgenti inquinantiprevedere i livelli di inquinamento

fornire previsioni a breve termini di situazioni pericoloseevidenziare il rispetto o il superamento degli standard di qualità dell'aria

fornire un supporto tecnico per la predisposizione e verifica dei piani di risanamento

I modelli di dispersione di inquinanti in atmosfera sono necessari per la progettazione delle reti di monitoraggio.

Le simulazioni numeriche condotte mediante modelli matematici integrano ed interpretano in modo ottimale la base conoscitiva fornita dalle reti di monitoraggio.

modellistica e calcolomodellistica e calcolo

Misure a terra dei contenuti colonnari di gas (O3, NO2, SO2, Formaldeide)

Obbiettivo: confronto/validazione del contenuto colonnare da satellite e da terra

Strumentazione: spettrometri DOAS in configurazione passiva

Metodologia

StrumentazioneSpettrometri UV-Vis GASCOD type multiinput

290- 700 nm Ris 0.5 nm

Camera CCD raffreddata con sistema Peltier

Prodotto: contenuto colonnare nel PBL dei gas inquinanti

Remote Sensing

Analisi di dati da satellite (SCIAMACHY) per la definizione del contenuto colonnare troposferico e della stima delle concentrazioni al suolo di O3, SO2, NO2, Formaldeide.

Obbiettivo: fornire una stima delle concentrazioni al suolo dei gas misurati

Metodologia: confronto/validazione con misure da terra e modello ed utilizzo di una procedura di scaling

Applicazione della metodologia DOAS, del metodo Richter (Adv. Space. Res., 2002) e di confronti comparati con misure a terra per ricavare, dal livello 1, i valori di contenuto colonnare troposferico di NO2, SO2 , O3 e Formaldeide

Metodologia Risultati: stima delle concentrazioni a terra tramite procedure di scaling

Misure di concentrazione di gas al suolo con tecniche DOAS lungo percorsi orizzontali (O3, NO2, SO2, BTX , Formaldeide)

Obbiettivo: confronto/validazione con misure in situ ARPA-ER, ARPA-L, …

Strumentazione: spettrometri DOAS in configurazione attiva

RisultatiStrumentazione

Sistema DOAS in configurazione attiva con percorso geometrico variabile

Sviluppo di strumentazione e metodologie DOAS di tipo innovativo (ricostruzioni tomografiche degli inquinanti gassosi da aereo o da terra)

Obbiettivo: realizzare un sistema di monitoraggio a remote sensing capace di eseguire una tomografia da aereo della porzione di atmosfera esaminata

Metodologia: sviluppo di modelli di calcolo innovativi e strumentazione avanzata da integrare sulla piattaforma CESSNA 147

Metodologia

Strumentazione: spettrometro GASCOD con ottica multi input

Lavoro proposto: sviluppo di metodologia di calcolo da applicare a misure DOAS in configurazione multiscanning ottenute da piattaforma aerea.

Le simulazione con diversi angoli di misura saranno un input che ottimizza la configurazione strumentale

Misure da aereo con tecniche congiunte DOAS e LIDAR per la misura delle concentrazioni di gas (O3, SO2, NO2, Formaldeide) e polveri

Obbiettivo: fornire una mappatura degli inquinanti per un confronto con il modello multifase e per lo studio della variabilità dello strato di rimescolamento

Metodologia: metodo di calcolo tomografico e confronto/validazione con il modello multifase all’interno dello strato di rimescolamento

Il Cessna 337 monta due motori Continental IO-360-C da 210 HP, ha una apertura alare di 11.58 m, un peso al decollo di 1905 Kg, parta un carico utile di 685 Kg, quota massima di volo di 6100 m, velocità massima di 322 Km/h e velocità minima di 106 Km/h. Per il decollo ed atterraggio richiede meno di 500 m

Parco aeroplani: Cessna 337A Super Skymaster

Piper PA30 Turbo Twin Comanche B

Il Piper PA30B monta due motori Avco-Lycoming IO-320 B1A da 160 CV a 2700 giri al minuto, ha una apertura alare di 16.5 m, un peso al decollo di 1600 Kg, porta un carico utile di 608 Kg, quota massima di volo di 6100 m, velocità massima di 386 Km/h e velocità minima di 106 Km/h. Per il decollo ed atterraggio richiede meno di 350 m

UAV Butterfly

L’aeroplano automatico UAV Butterfly ha una apertura alare di 3.5 m, un peso massimo al decollo di 35 Kg con 4 Kg di carico utile, velocità massima di 120 Km/h, autonomia di volo di 3 ore, quota massima di volo 3000 m, corsa di decollo e atterraggio minori di 100 m e motore a due tempi da 4 HP. Ha capacità di volo autonomo

10m

mini LIDAR

AnemometroSonico PM2.5

(sensore ottico)

PM10(sensore gravim.)

Profilo vento ed areosolin quota

Flussi turbolenti10 m

Misure gravimetriche2 m

mini Sodar/Radar

Sistema Mobile Integrato

e TropoGAS

Task Task MonitoraggioMonitoraggio

Urban Urban Climatology and MeteorologyClimatology and Meteorology

Applicazioni all’IndustriaAttraverso la zonazione dell’area urbana e la modellistica degli indici bio-climatici e’ possibile fornire alle industrie una mappatura utile sia per la progettazione dell’architettura urbana che per la valutazione e progettazione dei materiali che costituiscono le strutture architettoniche.

E’ possibile, inoltre, studiare l’inserimento di nuove tipologie urbanistiche nelle città storiche preservandone la “vivibilità” e studiare il ripristino delle caratteristiche meteo-climatiche di aree urbane con nuovi interventi.

FormazioneFormazione________

CertificazioneCertificazione

task

partecipanti

Sensoristica (gas e polveri)

Enti Ricerca ed Università interessate Aziende

CNR-IBIMETCNR-IMEM (Parma)CNR-IMMUNIFEUNIPR

UNITECAGACARPA-ERCORAMCEIFCAEPROTEX (per indoor)Project AutomationCarlo Gavazzi SpaceDa verificare: CESI (Pc), HERA, META, Province, Associazioni Industriali Regionali, ecc.

Parte POLVERI

Enti Ricerca ed Università interessate Aziende

CNR-IBIMETCNR-ISACENEAUNIMOREUNIPR

UNITECAGACProject AutomationCarlo Gavazzi SpaceCESI PiacenzaCAEGibertini (Milano, collegata a Coop Bilancia ARPA Da verificare: HERA, META, Province, Associazioni Industriali Regionali, ecc.

Parte GAS

Remote sensingEnti Ricerca ed Università interessate Aziende

CNR-ISACCNR-IMMENEA FIS (Pagnutti)UNIBO – DIEM ForlìUNIMORE (ma solo come supporto alla modellistica)UNIPR (da verificare)

CGS- Unita' Remote Sensing, Bologna

CAESIAPELENUNITECCGS (Carlo Gavazzi Space)PROGEAARPA-ERDa verificare: CESI (Pc), Project Automation

Modellistica e calcolo

Enti Ricerca ed Università interessate Aziende

CNR-IBIMETCNR-ISACENEA (PROT INN, CAMO, FIS)UNIMOREUNIPR

AGACARPA-ERCGS (per tecnologie computazionali)Provincia di BolognaDa verificare: HERA, META, Comune di Bologna  

partecipanti

Conclusioni

La proposta è in progress, quindi è prematuro parlare di conclusioni.

Quello che già in questa fase si può evidenziare sono le notevoli capacità innovative che una simile proposta può indurre nell’industria regionale nel settore ambientale,

come pure nell’Analisi e Controllo della Qualità dell’Aria